從內燃機教學到物理學的應用

〔關鍵詞〕 物理教學;內燃機;效率;沖程;工藝;應用物理

〔中圖分類號〕 G633.7〔文獻標識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463(2010)

07(A)—0064—01

在物理教學中，應用物理本因無處不在，卻受限于課堂與應試模式，課堂中對應用物理的教學涉及非常少。雖然有限于中學物理所學理論少且理想化，但是可以通過某些實驗或者小制作來引導學生對物理學的應用進行思考，從而激發學生對物理產生興趣和對未知領域的探索欲望。

內燃機是初中物理學要求了解的一部分內容，這部分內容起到了承上啟下的作用，上是內能的利用，下是熱機的效率。若將這部分內容深化，我們會看到更大的希望——學習物理的本意，讓學生既學習了知識，也知道如何才能將物理知識應用于日常生活。內燃機本身是將化學能轉化為機械能的過程，如果對內燃機進行深入剖析，至少可以了解如何將一種能量轉化為我們需要的并且可以控制的能量。從整個過程來看，可以學習的東西是不少的。由于對內燃機的剖析對于初學者是比較困難的，如果將這部分內容安排到復習或者高中階段，效果會更好。

內燃機的四個沖程是對內燃機的基本了解，而其工作原理與具體運轉過程之間還有哪些區別呢?對于需要較大功率時還需要做出什么樣的改進呢?這些問題中學生完全可以通過已學知識去思考了。

從燃料燃燒可以得到內能，而如何將內能轉化為機械能呢?最簡單的辦法當然是教科書列舉的例子:燒水得到水蒸氣，用水蒸氣的壓力推動物體得到機械能，這樣也會出現新的問題，就是如何控制得到的動能使其為生活生產服務，并且如何才能持續地供應機械能呢?因為只有持續的動能才能更好地為生活生產服務。

內燃機的誕生改變了人們的生活，研究與改進內燃機是目前不會落后的一個項目。內燃機是發動機的一部分，內燃機的曲軸運轉通過齒輪帶動發動機運轉，如果使用動畫演示的話，將會一目了然。內燃機的四個沖程必須連續、無限循環并且可以控制，否則無法源源不斷地提供可以控制的機械能。吸氣沖程:活塞向下運動給予燃料和空氣混合物空間，同時連桿下端(下止點)的曲軸運轉半圈。壓縮沖程:這一沖程是由于曲軸的慣性讓曲軸運轉了半圈，同時活塞被頂到上端(稱為上止點)。這一沖程中，燃燒室容積壓強增大，溫度升高。做功沖程:點燃燃燒室內的燃料，使得燃燒室壓強急劇增大，高壓使得活塞向下運動，同時曲軸轉動半圈。排氣沖程:打開排氣孔，活塞由于慣性轉動半圈，同時活塞被頂至上端(上止點)。四個沖程完成后，如此循環往復，內燃機就可以為我們提供源源不斷的能量。在這四個沖程中，做功沖程是物理基礎，而另外的三個沖程和噴氣、排氣裝置屬于工藝技巧。

在應用物理學中，理論和工藝的發展都可以提高效率。而應用的理論一旦確定后，工藝才是關鍵。發動機是汽車、飛機和輪船的心臟，一個國家工業水平往往可以從其發動機技術來確定，而內燃機是發動機的心臟。我國大飛機生產滯后的主要技術原因還是大功率的發動機制作工藝落后。

在飛機和輪船上需要大功率的發動機，此時引導學生想象，如何改進才能使內燃機產生更大的功率?毫無疑問，增加噴油量。而增加噴油量又會導致燃燒不充分，要燃燒充分又得需要更大的燃燒空間，這就使得內燃機的體積增大。對大功率內燃機的改進方式主要是采用多缸內燃機，相當于多個內燃機共用一個曲軸。這時可以舉例解釋三缸發動機的工作原理，然后讓學生想象四缸、六缸和八缸內燃機的工藝設計，在這樣的內燃機中如何能使多缸內燃機穩定、持續地為發動機提供動力?雖然是紙上談兵，但是可以將學生的思維拓展開來，不再局限于對內燃機的認識僅僅是一節不太重要的物理課。

內燃機的效率是必須考慮的一個屬性，如果效率太低，耗能太高，那么它就會被淘汰。如何提高內燃機的效率是人們永恒的追求，對于中學生來說，了解內燃機的效率對于生產生活有多大的影響，甚至從內燃機的效率可以反映一個國家工業技術的水平;了解到提高內燃機的效率可以從增加燃燒效率，降低機械損耗(比如用潤滑油等)著手。

只要勤思考，多動手，物理學的應用就會無處不在，引導學生將所學知識應用于日常生活中，可以增強學生的學習興趣，還可以提高學生的學習效率。